深度解读硫酸亚铁与碳酸氢钠溶液反应.pdf

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1、深度解读硫酸亚铁与碳酸氢钠溶液反应车月芬1吴文中2（浙江省越州中学浙江绍兴312075）摘要:通过理论推演，从热力学上揭示FeSO4与NaHCO3溶液反应得到FeCO3而不是Fe(OH)2的原因，通过解读HCO--3在水溶液中的离子行为，提出HCO3离子的自偶电离(质子自递)理论，从微观、实验两方面阐述FeSO4与NaHCO3溶液的反应机理以及用NH4HCO3制备FeCO3的优势所在。关键词：硫酸亚铁；碳酸氢钠；碳酸亚铁；自偶电离；铵盐近年来，高考化学试题中出现以下一类复杂的离子反应：2009年北京理科综合卷26题

2、、江苏化学卷16题考查了FeSO2＋-4与NH4HCO3溶液的反应，反应的离子方程式为Fe＋2HCO3=FeCO3↓＋CO2↑＋H2O；2013年全国新课标27题出现“在CoSO4溶液中加足量的NaHCO3溶液出现沉淀(CoCO3)和气体(沉钴)”等相关问题；2015年山东高考29题关于在CoSO4溶液中加(NH4)2C2O4得草酸钴沉淀等一系列复杂的离子反应问题。为什么FeSO4与NaHCO3溶液反应得到的是FeCO3而不是Fe(OH)2？这类反应为什么能发生？与“双水解”有何不同？学者朱智铭[1]从理论与实验研

3、究这两方面对这类问题做了阐述，并得出了一些规律性的结论，但没有指出上述反应的微观上的原因，陆军[2]在“关于硫酸亚铁与碳酸氢铵反应的定量分析”一文中通过提出组合平衡来说明混合体系中能得到二氧化碳的定性分析，但其计算得到c(CO2--43)=3.36×10mol·L-1却是错误的。依据NaHCO-2--3溶液中定量关系，精确计算NaHCO3溶液中c(OH)与c(CO3)，继而提出HCO3自偶电离(质子自递)理论，从微观和实验角度全面阐述了FeSO4与NaHCO3溶液的反应原理和细节，理清“双水解”和自偶电离之间的关系

4、，同时指出用NH4HCO3制备FeCO3的优势所在。1Fe2+与HCO-3反应的热力学分析Fe2+与HCO-3反应得到的产物到底是什么？可通过计算其热力学有关数据(化学平衡常数)来做初步判断，一般来说，平衡常数越大则该过程发生的可能性趋势也越大，特别在活化能(或者说化学反应速率)无显著差异时，竞争反应由热力学数据确定。1.1Fe2+与HCO-3两种可能性过程的平衡常数计算水溶液中Fe2+与HCO---3之间的反应，从HCO3的水解角度分析其产物可能为Fe(OH)2，从HCO3的电离角度分析其产物则为FeCO3，分别

5、表示如下：Fe2++2HCO-3=Fe(OH)2↓+2CO2↑------①Fe2++2HCO-3=FeCO3↓+H2O+CO2↑------②已知：Ksp[Fe(OH)-16-11-7-112]=8.00×10、Ksp[FeCO3]=3.20×10，H2CO3的Ka1=4.30×l0；Ka2=5.61×10，则得到过程①和②的平衡常数：K=c2(H2+2-22①2CO3)/[c(Fe)×c(HCO3)]=Kw/{Ksp[Fe(OH)2]×Ka1}=0.676K=c(H2+2-6②2CO3)/[c(Fe)×c(HC

6、O3)]=Ka2/{Ksp[FeCO3]×Ka1}=4.08×10Fe2+与HCO-63离子之间的反应，得到FeCO3的平衡常数是得到Fe(OH)2的平衡常数的6×10倍左右，从热力学角度上看，可以认为过程②可以进行到底，优先发生。第1页共5页1.2判断沉淀反应的可能性方向在一般浓度下，NaHCO3溶液的pH始终约为8.31，即稀释或浓缩NaHCO3溶液，其pH基本不变，通过计算机辅助精确计算得0.1mol·L-1NaHCO2--3-1--63溶液中的c(CO3)=1.10×10mol·L，c(OH)=2.03×1

7、0mol·L-1[3]。[注：c(OH-)<Ksp[Fe(OH)2]=8.0×10，据此判断可得到Fe(OH)2沉淀。Qc[FeCO-3-6-113]=0.05×1.1×10/2=2.75×10>>Ksp[FeCO3]=3.2×10，据此判断得到FeCO3沉淀更容易，更彻底。结论：Fe2+与HCO-3的反应以生成Fe

8、CO3为主。1.3Fe(OH)2与FeCO3之间的转化关系研究Fe(OH)2在NaHCO3溶液环境下，Fe(OH)2转化为FeCO3沉淀的热力学有关数据计算如下：Fe(OH)-2-2+2HCO3=FeCO3↓+CO3+2H2O-----③K=Ksp[Fe(OH)22③2]×(Ka2)/{Ksp[FeCO3]×(Kw)}=146.02显然，沉淀之间的转化常数较